NL1034672C2

NL1034672C2 - Medical navigation system with tool and / or implant integration in fluoroscopic image projections and method for their use.

Info

Publication number: NL1034672C2
Application number: NL1034672A
Authority: NL
Inventors: Willie Williamson Jr
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-04-03
Also published as: JP5328137B2; JP2008126063A; US20080118115A1; NL1034672A1; US7831096B2

Description

Korte aanduiding: Medisch navigatiesysteem met gereedschap- en/of implantaatintegratie in fluoroscopische beeldprojecties en werkwijze voor het gebruik daar van.Brief indication: Medical navigation system with tool and / or implant integration in fluoroscopic image projections and method for their use.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op beeld-geleide chirurgie (of chirurgische navigatie). In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een medisch navigatiesysteem met gereedschap- en/of implantaatintegratie in fluoroscopische beeldprojecties.The invention generally relates to image-guided surgery (or surgical navigation). In particular, the invention relates to a medical navigation system with tool and / or implant integration in fluoroscopic image projections.

Beoefenaars van de geneeskunde, zoals doktoren, chirurgen en andere beoefenaars 5 van het medische beroep, vertrouwen dikwijls op de techniek bij het uitvoeren van een medische procedure, zoals een beeld-geleide operatie of onderzoek. Een volgsysteem kan positie-informatie voor het medische instrument ten opzichte van bijvoorbeeld de patiënt of een refe-rentiecoördinatensysteem verschaffen. Een arts kan het volgsysteem raadplegen om de positie van het medische instrument vast te stellen, wanneer het instrument zich niet binnen het ge-10 zichtsveld van de arts bevindt. Een volgsysteem kan ook behulpzaam zijn bij planning van een operatie.Medicine practitioners, such as doctors, surgeons, and other healthcare professionals, often rely on the technique to perform a medical procedure, such as an image-guided operation or examination. A tracking system can provide positional information for the medical instrument relative to, for example, the patient or a reference coordinate system. A physician may consult the tracking system to determine the position of the medical instrument when the instrument is not within the physician's field of vision. A tracking system can also be helpful when planning an operation.

Het volg- of navigatiesysteem maakt het voor de arts mogelijk om de anatomie van de patiënt te bekijken en de positie en oriëntatie van het instrument te volgen. De arts kan het volgsysteem gebruiken om te bepalen wanneer het instrument op een gewenste locatie is ge-15 positioneerd. De arts kan een gewenst of beschadigd gebied lokaliseren en daarin werken terwijl andere structuren worden vermeden. Een verhoogde nauwkeurigheid bij het plaatsen van medische instrumenten in een patiënt kan voorzien in een minder invasieve medische procedure door middel van het bevorderen van een verbeterde besturing van kleinere instrumenten, die minder invloed op de patiënt hebben. Een verbeterde besturing en nauwkeurigheid met kleine-20 re, meer verfijnde instrumenten kan ook met meer invasieve procedures, zoals open chirurgie, verbonden risico's verminderen.The tracking or navigation system makes it possible for the physician to view the patient's anatomy and to follow the position and orientation of the instrument. The physician can use the tracking system to determine when the instrument is positioned at a desired location. The physician can locate and work in a desired or damaged area while avoiding other structures. An increased accuracy when placing medical instruments in a patient can provide a less invasive medical procedure by promoting an improved control of smaller instruments that have less influence on the patient. Improved control and accuracy with smaller, more sophisticated instruments can also reduce associated risks with more invasive procedures, such as open surgery.

Medische navigatiesystemen volgens dus de nauwkeurige locatie van chirurgische instrumenten in relatie tot meerdimensionale afbeeldingen van de anatomie van een patiënt. Medische navigatiesystemen gebruiken bovendien visualisatiegereedschappen om de Chirurg te 25 voorzien van in lijn liggende aanzichten van deze chirurgische instrumenten met de anatomie van de patiënt. Deze functionaliteit wordt typisch verschaft door het opnemen van componenten van het medische navigatiesysteem op een van wielen voorziene kar (of karren), die in de operatiekamer kunnen worden verplaatst.Medical navigation systems according to the precise location of surgical instruments in relation to multi-dimensional images of the anatomy of a patient. Medical navigation systems also use visualization tools to provide the Surgeon with aligned views of these surgical instruments with the patient's anatomy. This functionality is typically provided by incorporating components of the medical navigation system on a wheeled cart (or carts) that can be moved in the operating room.

Volgsystemen kunnen bijvoorbeeld met ultrageluid, traagheidspositie of elektromag-30 netische straling werkende volgsystemen zijn. Elektromagnetische volgsystemen kunnen spoelen als ontvangers en zenders toepassen. Elektromagnetische volgsystemen kunnen in 1034672 -2- stellen van drie zenderspoelen en drie ontvangerspoelen, zoals een industriestandaard spoel-architectuur (ISCA) configuratie, zijn ingericht. Elektromagnetische volgsystemen kunnen ook met een enkele zenderspoel, die wordt gebruikt bij een array van ontvangerspoelen, of met een array van zenderspoelen met een enkele ontvangerspoel zijn ingericht. Door de zender-5 spoel(en) gegenereerde magnetische velden kunnen door de ontvangerspoel(en) worden gedetecteerd. Voor verkregen parametermetingen kan positie- en oriëntatie-informatie worden vastgesteld voor de zender- en/of ontvangerspoel(en).Tracking systems can be, for example, ultrasound, inertial position or electromagnetic radiation tracking systems. Electromagnetic tracking systems can use coils as receivers and transmitters. Electromagnetic tracking systems can be arranged in sets of three transmitter coils and three receiver coils, such as an industry standard coil architecture (ISCA) configuration. Electromagnetic tracking systems can also be arranged with a single transmitter coil used with an array of receiver coils, or with an array of transmitter coils with a single receiver coil. Magnetic fields generated by the transmitter coil (s) can be detected by the receiver coil (s). For obtained parameter measurements, position and orientation information can be determined for the transmitter and / or receiver coil (s).

Bij medische en chirurgische afbeelding, zoals inwendige of uitwendige afbeelding, worden afbeeldingen van een gebied van het lichaam van een patiënt gevormd. De afbeeldin-10 gen worden gebruikt om behulpzaam te zijn bij een aan de gang zijnde procedure, waarbij een chirurgisch gereedschap of instrument op de patiënt wordt toegepast en wordt gevolgd in relatie tot een uit de afbeeldingen gevormd referentiecoördinatensysteem. Beeld-geleide chirurgie heeft een bijzondere toepassing bij chirurgische procedures, zoals hersenchirurgie en op de knie, pols, schouder of wervelkolom uitgevoerde arthroscopische procedures alsmede bepaal-15 de typen van angiografie, hartprocedures, interventieradiologie en biopsies, waarin röntgenaf-beeldingen kunnen worden vervaardigd om een bij de procedure betrokken gereedschap of instrument weer te geven, de positie daarvan te corrigeren of op andere wijze te navigeren.In medical and surgical imaging, such as internal or external imaging, images of an area of a patient's body are formed. The images are used to assist with an ongoing procedure in which a surgical tool or instrument is applied to the patient and is monitored in relation to a reference coordinate system formed from the images. Image-guided surgery has particular application in surgical procedures such as brain surgery and arthroscopic procedures performed on the knee, wrist, shoulder or spine, as well as certain types of angiography, cardiac procedures, interventional radiology and biopsies, in which X-ray images can be made to display a tool or instrument involved in the procedure, correct its position or navigate in another way.

Verschillende gebieden van de chirurgie brengen zeer nauwkeurige planning en besturing voor het plaatsen van een langwerpige probe of ander object in weefsel of bot, dat in-20 wendig is of moeilijk direct te bekijken is, met zich mee. In het bijzonder worden voor hersenchirurgie stereotactische frames, die een invoerpunt, probehoek en probediepte definiëren, gebruikt om toegang te verkrijgen tot een plaats in de hersenen, in het algemeen in samenhang met vooraf gecompileerde driedimensionale diagnostische afbeeldingen, zoals magnetische-resonantieafbeelding (MRI), positronemissietomografie (PET) of computertomografie (CT) 25 scanafbeeldingen, die nauwkeurige weefselafbeeldingen verschaffen. Voor plaatsing van steel-schroeven in de wervelkolom, waar visuele en fluoroscopische afbeeldingsrichtingen geen axiaal aanzicht kunnen opvangen om een profiel van een inbrengingsbaan in bot te centreren, zijn dergelijke systemen bruikbaar gebleken.Different areas of surgery involve highly accurate planning and control for placing an elongated probe or other object in tissue or bone that is internal or difficult to view directly. In particular, for brain surgery, stereotactic frames defining an input point, probe angle, and probe depth are used to access a location in the brain, generally in conjunction with pre-compiled three-dimensional diagnostic images, such as magnetic resonance imaging (MRI), positron emission tomography (PET) or computed tomography (CT) scan images, which provide accurate tissue images. For placement of stem screws in the spine, where visual and fluoroscopic imaging directions cannot receive an axial view to center a profile of an insertion pathway in bone, such systems have been found to be useful.

Bij gebruik bij bestaande CT-, PET- of MRI-afbeeldingsreeksen, definiëren vooraf ge-30 registreerde diagnostische afbeeldingsreeksen een driedimensionaal (3D) rechthoekig coördinatensysteem, ofwel als gevolg van hun nauwkeurige aftastformatie of door de ruimtelijke mathematica van hun reconstructiealgoritmen. Het kan echter wenselijk zijn om de beschikbare fluoroscopische aanzichten en anatomische kenmerken, die vanaf het oppervlak of in fluoroscopische afbeeldingen zichtbaar zijn, te correleren met kenmerken in de 3D diagnostische 35 afbeeldingen en externe coördinaten van toegepaste gereedschappen. Correlatie wordt dikwijls uitgevoerd door middel van het verschaffen van geïmplanteerde ijkpunten en/of het toevoegen van extern zichtbare of volgbare markeringen, die kunnen worden afgebeeld. Onder gebruik- -3- making van een toetsenbord, muis of andere aanwijzer, kunnen ijkpunten worden geïdentificeerd in de verschillende afbeeldingen. In de verschillende afbeeldingen kunnen dus gemeenschappelijke reeksen van coördinaatregistratiepunten worden geïdentificeerd. De gemeenschappelijke reeksen van coördinaatregistratiepunten kunnen ook op een geautomatiseerde 5 wijze door middel van een externe coördinaatmeetinrichting te volgen zijn, zoals een geschikt geprogrammeerde, uit voorraad leverbaar optisch volgsamenstel. In plaats van af te beelden ijkpunten, die bijvoorbeeld in zowel fluoroscopische als MRI- of CT-afbeeldingen kunnen worden afgebeeld, kunnen dergelijke systemen in belangrijke mate werken met eenvoudige optische volgwerking van het chirurgische gereedschap en kunnen dergelijke systemen een initiali-10 seringsprotocol toepassen, waarin een chirurg een aantal botkenmerken of andere herkenbare anatomische kenmerken aanraakt of aanwijst om externe coördinaten in relatie tot de anatomie van een patiënt te definiëren en om programmatuur, die de anatomische kenmerken opspoort, te initialiseren.When used with existing CT, PET or MRI image sequences, pre-recorded diagnostic image sequences define a three-dimensional (3D) rectangular coordinate system, either as a result of their accurate scanning formation or by the spatial mathematics of their reconstruction algorithms. However, it may be desirable to correlate the available fluoroscopic views and anatomical features visible from the surface or in fluoroscopic images with features in the 3D diagnostic images and external coordinates of tools used. Correlation is often performed by providing implanted checkpoints and / or adding externally visible or traceable markers that can be mapped. Using a keyboard, mouse or other pointer, checkpoints can be identified in the different images. Thus, common sets of coordinate registration points can be identified in the different images. The common sets of coordinate registration points can also be tracked in an automated manner by means of an external coordinate measuring device, such as a suitably programmed, optical tracking assembly available from stock. Instead of calibration points to be imaged, which can be imaged, for example, in both fluoroscopic and MRI or CT images, such systems can to a large extent work with simple optical tracking of the surgical tool and such systems can apply an initialization protocol, wherein a surgeon touches or designates a number of bone features or other recognizable anatomical features to define external coordinates in relation to a patient's anatomy and to initialize software that detects the anatomical features.

In het algemeen werken beeld-geleide chirurgiesystemen met een afbeeldingsweer-15 gave, die in een gezichtsveld van de chirurg is gepositioneerd en die een aantal panelen weergeeft, zoals een geselecteerde MRI-afbeelding en verschillende, onder verschillende hoeken genomen röntgen- of fluoroscopische aanzichten. Driedimensionale diagnostische afbeeldingen hebben typisch een ruimtelijke resolutie, die zowel rechthoekig is als nauwkeurig tot binnen een zeer kleine tolerantie, zoals binnen één mm of minder. Daarentegen kunnen fluoroscopische 20 aanzichten worden vervormd. De fluoroscopische aanzichten zijn schaduwgrafisch, aangezien zij de dichtheid van weefsel, waardoorheen de kegelvormige röntgenbundel is heengegaan, representeren. In gereedschapnavigatiesystemen kan de voor de chirurg zichtbare weergave een afbeelding van een chirurgisch gereedschap, biopsie-instrument, steelschroef, probe of andere op een fluoroscopische afbeelding geprojecteerde inrichting tonen, zodat de chirurg de 25 oriëntatie van het chirurgische instrument in relatie tot de afgebeelde anatomie van een patiënt kan bekijken. Ook kan een correct gereconstrueerde CT- of MRI-afbeelding, die kan corresponderen met de gevolgde coördinaten van het probe-uiteinde, worden weergegeven.Generally, image-guided surgery systems operate with an image display positioned in a field of view of the surgeon and displaying a number of panels, such as a selected MRI image and various X-ray or fluoroscopic views taken at different angles. Three-dimensional diagnostic images typically have a spatial resolution that is both rectangular and accurate to within a very small tolerance, such as within one mm or less. In contrast, fluoroscopic views can be distorted. The fluoroscopic views are shadow-graphic since they represent the density of tissue through which the conical X-ray beam has passed. In tool navigation systems, the display visible to the surgeon may show an image of a surgical tool, biopsy instrument, stem screw, probe, or other device projected onto a fluoroscopic image, so that the surgeon may orient the surgical instrument in relation to the anatomy of the image depicted. a patient can view. A correctly reconstructed CT or MRI image, which can correspond to the followed coordinates of the probe tip, can also be displayed.

Van de systemen, die zijn voorgesteld voor het implementeren van dergelijke weergaven, berusten vele op het nabij volgen van de positie en oriëntatie van het chirurgische instru-30 ment in externe coördinaten. De verschillende stellen van coördinaten kunnen door middel van mechanische robotverbindingen en codeerinrichtingen worden gedefinieerd, of meer gebruikelijk, worden gedefinieerd door een vaste patiëntondersteuning, twee of meer ontvangers, zoals videocamera's, die aan de ondersteuning bevestigd kunnen zijn, en een aantal aan een geleider of frame aan het chirurgische instrument bevestigde signaleringselementen, die het moge-35 lijk maken dat de positie en oriëntatie van het gereedschap met betrekking tot de patiëntondersteuning en het cameraframe op automatische wijze kunnen worden bepaald door middel van trigoniometrische berekening, zodat verschillende transformaties tussen respectieve coördina- -4- ten kunnen worden berekend. Driedimensionale volgsystemen, die twee videocamera's en een aantal zenders of andere positiesignaleringselementen toepassen, zijn reeds lang commercieel verkrijgbaar en zijn eenvoudig aangepast aan dergelijke operatiekamersystemen. Dergelijke systemen kunnen ook externe positiecoördinaten bepalen onder gebruikmaking van commer-5 deel verkrijgbare akoestische afzoeksystemen, waarin drie of meer akoestische zenders worden geactiveerd en het geluid daarvan wordt gedetecteerd met meerdere ontvangers om hun relatieve afstanden tot de detecterende samenstellen te bepalen, en definiëren dus door middel van eenvoudige trigoniometrie de positie en oriëntatie van de frames of ondersteuningen, waarop de zenders zijn gemonteerd. Wanneer opgespoorde ijkpunten in de diagnostische af-10 beeldingen verschijnen, is het mogelijk om een transformatie tussen operatiekamercoördinaten en de coördinaten van de afbeelding te definiëren.Of the systems proposed for implementing such displays, many rely on closely monitoring the position and orientation of the surgical instrument in external coordinates. The different sets of coordinates may be defined by mechanical robot connections and encoders, or more commonly, defined by a fixed patient support, two or more receivers, such as video cameras, which may be attached to the support, and a number to a conductor or signaling elements attached to the surgical instrument, allowing the position and orientation of the tool with respect to patient support and the camera frame to be determined automatically by means of trigonometric calculation, so that different transformations between respective coordinates -4- can be calculated. Three-dimensional tracking systems employing two video cameras and a number of transmitters or other position signaling elements have long been commercially available and are easily adapted to such operating room systems. Such systems may also determine external position coordinates using commercially available acoustic interrogation systems, in which three or more acoustic transmitters are activated and the sound thereof is detected with multiple receivers to determine their relative distances to the detecting assemblies, and thus define by by means of simple trigonometry the position and orientation of the frames or supports on which the transmitters are mounted. When traced checkpoints appear in the diagnostic images, it is possible to define a transformation between operating room coordinates and the coordinates of the image.

Meer recentelijk is een aantal systemen voorgesteld, waarin de nauwkeurigheid van de diagnostische 3D-gegevensafbeeldingsreeksen wordt benut om de nauwkeurigheid van operatiekamerafbeeldingen te verbeteren, door middel van het aanpassen van deze 3D-afbeel-15 dingen aan patronen, die in intra-operatieve fluoroscopische afbeeldingen optreden. Deze systemen kunnen volg- en overeenstemmingsrandprofielen van botten, het morfologisch deformeren van één afbeelding op een andere om een coördinatentransformatie te bepalen of een ander correctieproces gebruiken. De procedure van het correleren van de niet-vlakke fluoroscopische afbeeldingen van mindere kwaliteit met vlakken in de 3D-afbeeldingsgegevensreeksen 20 kan tijdrovend zijn. In technieken, die ijkpunten of toegevoegde markeringen gebruiken, kan een chirurg een langdradig initialisatieprotocol of een langzame en in rekentechnische zin intensieve procedure volgen om markeringen tussen verschillende reeksen van afbeeldingen te identificeren en te correleren. Deze factoren hebben alle de snelheid en de toepasbaarheid van intra-operatieve beeld-geleide systemen of navigatiesystemen nadelig beïnvloed.More recently, a number of systems have been proposed in which the accuracy of the diagnostic 3D data image sequences is utilized to improve the accuracy of operating room images, by adapting these 3D images to patterns used in intraoperative fluoroscopic images performance. These systems can use bone tracking and matching edge profiles, morphologically deforming one image on another to determine a coordinate transformation or use a different correction process. The procedure of correlating the lesser quality non-planar fluoroscopic images with planes in the 3D image data sets 20 can be time-consuming. In techniques that use checkpoints or added markers, a surgeon may follow a lengthy initialization protocol or a slow and computationally intensive procedure to identify and correlate markers between different sets of images. These factors have all adversely affected the speed and applicability of intra-operative image-guided systems or navigation systems.

25 Correlatie van de patiëntanatomie of intra-operatieve fluoroscopische afbeeldingen met voorgecompileerde 3D diagnostische afbeeldingsgegevensreeksen kunnen ook worden gecompliceerd door interveniërende beweging van de afgebeelde structuren, in het bijzonder zacht-weefselstructuren, tussen de tijden van oorspronkelijke afbeelding en de intra-operatieve procedure. Transformaties tussen drie of meer coördinaatsystemen voor twee reeksen van 30 afbeeldingen en de fysieke coördinaten in de operatiekamer kunnen dus een groot aantal regi-stratiepunten met zich meebrengen om een effectieve correlatie te verschaffen. Voor het volgen van de ruggengraat om steelschroeven te positioneren, kan het volgsamenstel op tien of meer punten op een enkele ruggenwervel worden geïnitialiseerd om een geschikte nauwkeurigheid te verkrijgen. In gevallen, waarin een groeiend tumor of evoluerende toestand de weef-35 selafmeting of positie tussen afbeeldingssessies actueel verandert, kunnen verder verwarrende factoren optreden.Correlation of patient anatomy or intra-operative fluoroscopic imaging with pre-compiled 3D diagnostic imaging data sets can also be complicated by intervening movement of the depicted structures, in particular soft tissue structures, between the times of original imaging and the intra-operative procedure. Transformations between three or more coordinate systems for two sets of 30 images and the physical coordinates in the operating room can thus involve a large number of registration points to provide an effective correlation. To track the spine to position stem screws, the tracking assembly can be initialized at ten or more points on a single vertebra to achieve appropriate accuracy. In cases where a growing tumor or evolving state is currently changing the tissue size or position between imaging sessions, further confusing factors may occur.

-5--5-

Wanneer het doel van beeld-geleide volgwerking het definiëren van een operatie op een starre of botachtige structuur nabij het oppervlak is, zoals het geval is bij het plaatsen van steelschroeven in de ruggengraat, kan de uitlijning als alternatief worden bewerkstelligd zonder voortdurende verwijzing naar volgafbeeldingen, onder gebruikmaking van een computermo-5 delleringsprocedure, waarin een gereedschapsuiteinde wordt aangeraakt en geïnitialiseerd bij elk van verschillende botachtige kenmerken om de coördinaten en verplaatsing daarvan vast te stellen, waarna beweging van de ruggengraat als een geheel wordt gemodelleerd door middel van optische beginuitlijning en het daarna volgen van het gereedschap in relatie tot de positie van deze kenmerken, terwijl een virtuele representatie van de ruggengraat mechanisch wordt 10 gemodelleerd waarbij een volgelement of frame aan de ruggengraat is bevestigd. Een dergelijke procedure rekent af met de tijdrovende en rekentechnisch intensieve correlatie van verschillende afbeeldingsreeksen afkomstig van verschillende bronnen en door middel van het substitueren van het optisch volgen van punten kan deze procedure het aantal röntgenbelich-tingen, dat wordt gebruikt om op effectieve wijze de gereedschapspositie in relatie tot de pa-15 tiëntanatomie met de aanvaardbare mate van nauwkeurigheid te bepalen, elimineren of verminderen.When the purpose of image-guided tracking is to define an operation on a rigid or bone-like structure near the surface, as is the case with the placement of stem screws in the backbone, the alignment can alternatively be accomplished without continuous reference to sub-images, using a computer modeling procedure, in which a tool tip is touched and initialized at each of different bone-like features to determine the coordinates and displacement thereof, after which backbone motion is modeled as a whole by optical initial alignment and subsequent following the tool in relation to the position of these features, while a virtual representation of the backbone is mechanically modeled with a follower element or frame attached to the backbone. Such a procedure eliminates the time-consuming and computationally intensive correlation of different image sequences from different sources and by substituting the optical tracking of points, this procedure can reduce the number of X-ray exposures that are used to effectively adjust the tool position. determine, eliminate or reduce the relationship to patient anatomy with the acceptable degree of accuracy.

De voorgaande aanpakken, die afbeeldingsgegevensreeksen van hoge kwaliteit correleren met meer vervormde schaduwgrafische projectieafbeeldingen en volggegevens gebruiken om een gereedschapspositie weer te geven, of die een eindige reeks van punten op een 20 dynamisch anatomisch model, waarop extrinsiek gedetecteerde gereedschapscoördinaten zijn gesuperponeerd, vastleggen, resulteren echter in een proces, waardoor machineberekeningen een synthetische afbeelding produceren of een bestaand diagnostisch gegevensbasisvlak selecteren om de chirurg met betrekking tot de huidige gereedschapspositie te begeleiden. Hoewel verschillende mallen en eigen subsamenstellen zijn bedacht om elk individueel coördinaat-25 detectie- of afbeeldingshanteringssysteem eenvoudiger of redelijk betrouwbaar te kunnen gebruiken, blijft het gebied onnodig complex. Systemen gebruiken niet alleen dikwijls correlatie van diverse reeksen van afbeeldingen en uitgebreide punt-voor-punt initialisatie van de wer-kings-, volg- en afbeeldingsruimtecoördinaten of -kenmerken, maar deze systemen zijn onderhevig aan voorwaarden als gevolg van de eigendomsbeperkingen van diverse fabrikanten van 30 apparatuur, de door volgsystemen opgelegde fysische beperkingen en de complexe program-meertaak voor koppeling aan vele verschillende afbeeldingsbronnen in aanvulling op het bepalen van hun schaal, oriëntatie en relatie tot andere afbeeldingen en coördinaten van het systeem.However, the foregoing approaches, which correlate high quality image data sets with more distorted shadow graphic projection images and use tracking data to display a tool position, or which capture a finite set of points on a dynamic anatomical model on which extrinsically detected tool coordinates are superimposed, result in a process whereby machine calculations produce a synthetic image or select an existing diagnostic data base plane to guide the surgeon with regard to the current tool position. Although different templates and individual sub-assemblies have been devised to make it easier or reasonably reliable to use each individual coordinate detection or image handling system, the area remains unnecessarily complex. Not only do systems often use correlation of various image sequences and extensive point-by-point initialization of the operation, tracking and image space coordinates or characteristics, but these systems are subject to conditions due to ownership limitations of various manufacturers of 30 apparatus, the physical limitations imposed by tracking systems and the complex programming task for linking to many different image sources in addition to determining their scale, orientation and relationship to other images and coordinates of the system.

Verschillende voorstellen zijn gedaan, waarbij fluoroscopische afbeeldingen worden 35 gecorrigeerd om hun nauwkeurigheid te verbeteren. Dit is een complexe onderneming, aangezien de aard van de fluoroscopische 3D naar 2D projecterende afbeeldingswerking resulteert in verlies van een groot deel van informatie in elk schot, zodat de omgekeerde omzetting sterk -6- onderbepaald is. Veranderingen in afbeeldingsparameters als gevolg van camera- en bronpo-sitie en oriëntatie, die optreden bij elk schot, compliceren het probleem verder. Dit gebied is in enige mate door één fabrikant aangepakt, welke fabrikant een stijvere en isocentrische C-arm-structuur heeft verschaft. De toegevoegde positionele nauwkeurigheid van betreffend afbeel-5 dingssysteem biedt het vooruitzicht dat men door middel van het nemen van een grote reeks van fluoroscopische schoten van een geïmmobiliseerde patiënt, die kalm is onder bepaalde omstandigheden, in staat kan zijn enige vorm van vlakke afbeeldingsreconstructie te ondernemen. Dit blijkt echter in rekentechnische zin zeer kostbaar te zijn en de huidige stand van de techniek stelt voor dat, hoewel het mogelijk kan zijn om gecorrigeerde fluoroscopische afbeel-10 dingsgegevensreeksen met enigszins minder kostbare apparatuur te produceren dan met de voor conventionele CT-afbeelding gebruikte apparatuur, zal intra-operatieve fluoroscopische afbeeldingsgeleiding voortgaan om toegang tot MRI-, PET- of CT-gegevensreeksen met zich mee te brengen en om te vertrouwen op extensieve chirurgische invoer en opstelling voor volgsystemen, die het mogelijk maken om positie- of afbeeldingscorrelaties uit te voeren.Various proposals have been made in which fluoroscopic images are corrected to improve their accuracy. This is a complex undertaking since the nature of the fluoroscopic 3D to 2D projecting imaging action results in the loss of a large portion of information in each shot, so that the reverse conversion is strongly under-determined. Changes in imaging parameters due to camera and source position and orientation that occur with each shot further complicate the problem. This area has been addressed to some extent by one manufacturer, which manufacturer has provided a stiffer and isocentric C-arm structure. The added positional accuracy of the relevant imaging system offers the prospect that by taking a large series of fluoroscopic shots of an immobilized patient, who is calm under certain circumstances, one can be able to undertake some form of planar image reconstruction . However, this appears to be very costly in a mathematical sense, and the current state of the art suggests that, although it may be possible to produce corrected fluoroscopic imaging data sets with somewhat less expensive equipment than with the equipment used for conventional CT imaging , intra-operative fluoroscopic imaging guidance will continue to involve access to MRI, PET, or CT data sets and to rely on extensive surgical input and set-up for tracking systems that make it possible to perform position or imaging correlations .

15 Het blijft dus uiterst wenselijk om eenvoudige, lage-dosis en lage-kosten fluoroscopi sche afbeeldingen voor chirurgische geleiding te gebruiken, maar om ook een verbeterde nauwkeurigheid voor kritische gereedschapspositionering te verkrijgen.Thus, it remains highly desirable to use simple, low-dose, and low-cost fluoroscopic imaging for surgical guidance, but also to achieve improved accuracy for critical tool positioning.

Uitlijning is een proces van het correleren van twee coördinaatsystemen, zoals een patiëntafbeeldingscoördinatensysteem en een elektromagnetisch volgcoördinatensysteem.Alignment is a process of correlating two coordinate systems, such as a patient image coordinate system and an electromagnetic tracking coordinate system.

20 Verschillende werkwijzen kunnen worden toegepast om coördinaten in afbeeldingstoepassin-gen uit te lijnen. "Bekende" of vooraf gedefinieerde objecten worden in een afbeelding gelokaliseerd. Een bekend object bevat een dooreen volgsysteem gebruikte sensor. Zodra de sensor in de afbeelding is gelokaliseerd, maakt de sensor uitlijning van de twee coördinatensystemen mogelijk.Various methods can be used to align coordinates in imaging applications. "Known" or predefined objects are located in an image. A known object contains a sensor used by a tracking system. Once the sensor is located in the image, the sensor allows alignment of the two coordinate systems.

25 U.S. octrooi nr. 5,829,444 van Ferre et al., verleend op 3 november 1998, verwijst naar een werkwijze van volgen en uitlijnen onder gebruikmaking van bijvoorbeeld een hoofdset. Een patiënt draagt een hoofdset, die radiopaak markeringen bevat, wanneer aftastafbeeldingen worden geregistreerd. Op basis van een vooraf gedefinieerde referentie-eenheidsstructuur, kan de referentie-eenheid vervolgens op automatische wijze delen van de referentie-eenheid op de 30 afgetaste afbeeldingen lokaliseren, waardoor een oriëntatie van de referentie-eenheid met betrekking tot de afgetaste afbeeldingen wordt geïdentificeerd. Een veldgenerator kan met de referentie-eenheid zijn verbonden om een positie-karakteristiek veld in een gebied te genereren. Wanneer een relatieve positie van een veldgenerator met betrekking tot de referentie-eenheid is vastgesteld, kan de uitlijneenheid vervolgens een correcte afbeeldingsfunctie genereren.25 U.S. U.S. Patent No. 5,829,444 to Ferre et al., issued November 3, 1998, refers to a method of tracking and alignment using, for example, a headset. A patient wears a head set containing radiopaque markers when scanning images are recorded. Based on a predefined reference unit structure, the reference unit can then automatically locate parts of the reference unit on the scanned images, thereby identifying an orientation of the reference unit with respect to the scanned images. A field generator can be connected to the reference unit to generate a position characteristic field in an area. When a relative position of a field generator with respect to the reference unit has been determined, the alignment unit can then generate a correct mapping function.

35 Gevolgde oppervlakken kunnen vervolgens met betrekking tot de opgeslagen afbeeldingen worden gelokaliseerd.Subsequent surfaces can then be located with respect to the stored images.

-7--7-

Uitlijning onder gebruikmaking van een op de patiënt en op afstand van de fluoro-scoopcamera geplaatste referentie-eenheid introduceert echter onnauwkeurigheden in coördi-natenuitlijning als gevolg van de afstand tussen de referentie-eenheid en de fluoroscoop. Bovendien is de op de patiënt geplaatste referentie-eenheid typisch klein of anders kan de een-5 heid interfereren met afbeeldingsaftasting. Een kleinere referentie-eenheid kan minder nauwkeurige positiemetingen produceren en dus invloed hebben op de uitlijning.However, alignment using a reference unit placed on the patient and remote from the fluoroscope camera introduces inaccuracies in coordinate alignment due to the distance between the reference unit and the fluoroscope. Moreover, the reference unit placed on the patient is typically small, or else the unit may interfere with image scanning. A smaller reference unit can produce less accurate position measurements and thus affect the alignment.

Typisch wordt een door een navigatiesysteem gebruikt referentieframe uitgelijnd met een anatomie voorafgaande aan chirurgische navigatie. Uitlijning van het referentieframe heeft invloed op de nauwkeurigheid van een genavigeerd gereedschap in relatie tot een weergege-10 ven fluoroscopische afbeelding.Typically, a reference frame used by a navigation system is aligned with an anatomy prior to surgical navigation. Alignment of the reference frame affects the accuracy of a navigated tool in relation to a displayed fluoroscopic image.

Tijdens een procedure dient een chirurg, die een ruggengraat opereert, een nauwkeurige waarneming van complexe anatomische 3D-relaties te handhaven. Fluoroscopie wordt conventioneel intra-operatief gebruikt om visualisatie van een anatomie (bijv., de steel) en plaatsing van gereedschappen of implantaten (bijv., een geleidedraad of een steelschroef) te 15 vergemakkelijken. Hoewel fluoroscopie bruikbaar is, is deze momenteel beperkt tot alleen 2D-projecties van een complexe 3D-structuur. Verder is fluoroscopie slechts uitvoerbaar langs assen rond het dwarsvlak, waarbij anteroposteriore (AP) en mediolaterale (ML) aanzichten het meest gebruikelijk zijn. In dit geval leidt een chirurg op cognitieve wijze chirurgische plaatsing langs een superieure/inferieure as af (d.w.z., een axiaal aanzicht) op basis van interpretatie van 20 aanduidingen in de afbeeldingen en kennis van de anatomie. Deze typen van afleidingen kunnen leiden tot variërende onnauwkeurigheidsgraden bij het plaatsen van bijvoorbeeld steel-schroeven in de ruggengraat.During a procedure, a surgeon operating on a backbone must maintain an accurate perception of complex anatomical 3D relationships. Fluoroscopy is conventionally used intraoperatively to facilitate visualization of an anatomy (e.g., the stem) and placement of tools or implants (e.g., a guidewire or a stem screw). Although fluoroscopy is useful, it is currently limited to only 2D projections of a complex 3D structure. Furthermore, fluoroscopy can only be performed along axes around the transverse plane, with anteroposterior (AP) and mediolateral (ML) views being the most common. In this case, a surgeon cognitively derives surgical placement along a superior / inferior axis (i.e., an axial view) based on interpretation of indications in the images and knowledge of anatomy. These types of leads can lead to varying degrees of inaccuracy when placing, for example, stem screws in the spine.

Computertomografie(CT)afbeelding levert voor elke patiënt specifieke volumetrische 3D-afbeeldingen op. Deze reeks van afbeeldingen kunnen vanuit praktisch elke kijkrichting op-25 nieuw worden weergegeven en wordt conventioneel gepresenteerd als een reeks van axiale dwarsdoorsneden. Dit wordt gewoonlijk in het vooroperatieve stadium gebruikt om een toestand te diagnosticeren en om een chirurgische strategie te plannen.Computed tomography (CT) imaging provides specific volumetric 3D images for each patient. This series of images can be displayed again from practically any viewing direction and is conventionally presented as a series of axial cross-sections. This is usually used in the pre-operative stage to diagnose a condition and to plan a surgical strategy.

Beeld-geleide navigatie is in klinisch gebruik voor ruggengraatchirurgie naast andere toepassingen. Beeld-geleide toepassingen gebruiken typisch fluoroscopische 2D-afbeeldingen 30 of 3D CT-gegevensreeksen. 3D-gebaseerde systemen vereisen een expliciete uitlijning van de gegevensreeks met de patiënt, gewoonlijk bewerkstelligd door middel van handmatige digitali-satie (bijv., het nemen van punten) van de anatomie van de patiënt. 2D-gebaseerde systemen zijn eenvoudiger te gebruiken, aangezien afbeeldingen intrinsiek worden uitgelijnd door middel van het volgen van de afbeeldingsinrichting (bijv., een fluoroscoop) ten opzichte van de patiënt. 35 Een hybride 2D/3D-navigatiesysteem, dat het gebruiksgemak en reële-tijdbijwerkingen van een 2D-systeem tezamen met een eenvoudig uitgelijnde 3D CT-gegevensreeks bevat, zou dus uiterst wenselijk zijn.Image-guided navigation is in clinical use for spinal surgery in addition to other applications. Image-guided applications typically use fluoroscopic 2D images or 3D CT data sets. 3D-based systems require explicit alignment of the data set with the patient, usually accomplished by manual digitization (e.g., point-taking) of the patient's anatomy. 2D-based systems are easier to use, since images are intrinsically aligned by following the imaging device (e.g., a fluoroscope) relative to the patient. A hybrid 2D / 3D navigation system, which contains the ease of use and real-time updates of a 2D system together with a simply aligned 3D CT data set, would therefore be highly desirable.

-8--8-

Tijdens een navigatieprocedure worden fluoroscopische afbeeldingen genomen, waarin een gereedschap kan worden genavigeerd. In tegenstelling tot CT/MRI-afbeeldingen (die dunne plakken van de anatomie zijn) zijn de fluoroscopische afbeeldingen projecties door een volume van de anatomie heen. Wanneer het genavigeerde gereedschap wordt voortge-5 trokken lijkt het "zwevend" te zijn bovenop de afbeelding (zelfs wanneer het gereedschap zich binnen of achter de structuur bevindt (zie fig. 1). Een zwevende afbeelding is geen nauwkeurige representatie van de gereedschapslocatie en vereist dat de chirurg constant de aan hem of haar gegeven weergave dient te corrigeren.Fluoroscopic images are taken during a navigation procedure in which a tool can be navigated. In contrast to CT / MRI images (which are thin slices of the anatomy), the fluoroscopic images are projections through a volume of the anatomy. When the navigated tool is pulled, it appears to be "floating" on top of the image (even when the tool is inside or behind the structure (see Fig. 1). A floating image is not an accurate representation of the tool location and required that the surgeon must constantly correct the representation given to him or her.

Er bestaat dus behoefte aan systemen en werkwijzen voor het integreren van een in-10 strument/gereedschap in een fluoroscopische afbeelding.There is therefore a need for systems and methods for integrating an instrument / tool into a fluoroscopic image.

Bepaalde uitvoeringsvormen van de uitvinding verschaffen systemen en werkwijzen voor het representeren van een gereedschap of een implantaat in een afbeelding.Certain embodiments of the invention provide systems and methods for representing a tool or an implant in an image.

Bepaalde uitvoeringsvormen verschaffen een werkwijze voor het weergeven van een gereedschap of implantaat met betrekking tot een afbeelding. De werkwijze bevat het vaststel-15 len van een oppervlakgrens voor een gebied van belang, dat in een afbeelding is weergegeven; het bepalen van een positie van een gereedschap of implantaat met betrekking tot de oppervlakgrens; en het weergeven van een representatie van het gereedschap of implantaat op de afbeelding. Een deel van het gereedschap of het implantaat binnen de oppervlakgrens wordt weergegeven in de representatie met een mate van transparantheid in vergelijking met een 20 deel van het gereedschap of implantaat buiten de oppervlakgrens.Certain embodiments provide a method for displaying a tool or implant with respect to an image. The method includes determining a surface boundary for an area of interest shown in an image; determining a position of a tool or implant with respect to the surface boundary; and displaying a representation of the tool or implant on the image. A part of the tool or implant within the surface boundary is shown in the representation with a degree of transparency compared to a part of the tool or implant outside the surface boundary.

Bepaalde uitvoeringsvormen verschaffen een gebruikerkoppelingssysteem voor het weergeven van een representatie van een gereedschap of een implantaat met betrekking tot een afbeelding. Het systeem bevat een processor, die is ingericht om een oppervlakgrens voor een gebied van belang, dat in de afbeelding is weergegeven, vast te stellen en om een positie 25 van het gereedschap of het implantaat met betrekking tot de oppervlakgrens te bepalen, en een weergave, die is ingericht om op dynamische wijze de afbeelding en de representatie voor een gebruiker weer te geven. De processor genereert een representatie van het gereedschap of het implantaat op basis van de positie met betrekking tot de oppervlakgrens. Een deel van het gereedschap of het implantaat binnen de oppervlakgrens wordt weergegeven in de repre-30 sentatie met een mate van transparantheid in vergelijking met een deel van het gereedschap of implantaat buiten de oppervlakgrens.Certain embodiments provide a user interface system for displaying a representation of a tool or implant with respect to an image. The system includes a processor adapted to determine a surface boundary for an area of interest shown in the figure and to determine a position of the tool or implant with respect to the surface boundary, and a display , which is arranged to dynamically display the image and representation for a user. The processor generates a representation of the tool or implant based on the position with respect to the surface boundary. A portion of the tool or implant within the surface boundary is shown in the representation with a degree of transparency compared to a portion of the tool or implant outside the surface boundary.

Bepaalde uitvoeringsvormen verschaffen een computer-leesbaar medium, dat een reeks van instructies voor uitvoering op een computer heeft. De reeks van instructies bevat een grensbepalingsroutine voor het vaststellen van een oppervlakgrens voor een gebied van be-35 lang, dat in een afbeelding is weergegeven, op basis van volginformatie; een implantaatrepre-sentatieroutine voor het genereren van een representatie van een gereedschap of implantaat met betrekking tot de oppervlakgrens op basis van volginformatie; en een weergaveroutine -9- voor het weergeven van de representatie van het gereedschap of het implantaat op de afbeelding. Een deel van het gereedschap of het implantaat binnen de oppervlakgrens wordt weergegeven in de representatie met een mate van transparantheid in vergelijking met een deel van het gereedschap of implantaat buiten de oppervlakgrens.Certain embodiments provide a computer-readable medium that has a series of instructions for execution on a computer. The set of instructions includes a bounding routine for determining a surface boundary for an area of interest shown in an image based on tracking information; an implant representation routine for generating a representation of a tool or implant with respect to the surface boundary based on tracking information; and a display routine for displaying the representation of the tool or implant on the image. A part of the tool or implant within the surface boundary is shown in the representation with a degree of transparency compared to a part of the tool or implant outside the surface boundary.

5 Fig. 1 toont een bekende weergave van een driedimensionaal implantaat bovenop een tweedimensionale fluoroscopische afbeelding.FIG. 1 shows a known representation of a three-dimensional implant on top of a two-dimensional fluoroscopic image.

Fig. 2 toont een medisch navigatiesysteem, dat wordt gebruikt volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.FIG. 2 shows a medical navigation system used according to an embodiment of the invention.

Fig. 3 toont een medisch navigatiesysteem, dat wordt gebruikt volgens een uitvoe-10 ringsvorm van de uitvinding.FIG. 3 shows a medical navigation system used in accordance with an embodiment of the invention.

Fig. 4 toont een medisch navigatiesysteem, dat wordt gebruikt volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.FIG. 4 shows a medical navigation system used in accordance with an embodiment of the invention.

Fig. 5 toont een voorbeeld van een driedimensionaal implantaat, gezien in samenhang met een fluoroscopische afbeelding volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.FIG. 5 shows an example of a three-dimensional implant, seen in conjunction with a fluoroscopic image according to an embodiment of the invention.

15 Fig. 6 toont een vereenvoudigde representatie van een gereedschap, dat verschillende arcering op basis van de afstand onder een grensoppervlak toont volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.FIG. 6 shows a simplified representation of a tool that shows different shading based on the distance below a boundary surface according to an embodiment of the invention.

Fig. 7 toont een stroomschema voor een werkwijze voor implan-taat/gereedschapsrepresentatie in een afbeelding, gebruikt volgens een uitvoeringsvorm van 20 de uitvinding.FIG. 7 shows a flow chart for a method of implant / tool representation in an image used according to an embodiment of the invention.

Fig. 8 toont een voorbeeld van een afbeeldings- en volgsysteem, dat wordt gebruikt volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.FIG. 8 shows an example of an imaging and tracking system used in accordance with an embodiment of the invention.

De voorgaande samenvatting alsmede de volgende gedetailleerde beschrijving van bepaalde uitvoeringsvormen van de uitvinding zullen beter begrepen kunnen worden, wanneer 25 deze worden gelezen in samenhang met de bijgevoegde tekeningen. Voor illustratiedoeleinden van de uitvinding zijn bepaalde uitvoeringsvormen weergegeven in de tekeningen. Het zal echter duidelijk zijn, dat de uitvinding niet tot de in de bijgevoegde tekeningen weergegeven inrichtingen en instrumenten is beperkt.The foregoing summary as well as the following detailed description of certain embodiments of the invention may be better understood when they are read in conjunction with the accompanying drawings. For illustrative purposes of the invention, certain embodiments are shown in the drawings. It will be understood, however, that the invention is not limited to the devices and instruments shown in the accompanying drawings.

Er wordt nu verwezen naar fig. 2, waarin een medisch navigatiesysteem (bijv., een chi-30 rurgisch navigatiesysteem), dat in het algemeen met het verwijzingscijfer 10 is aangeduid, welk systeem een draagbare computer 12, een weergave 14 en een navigatiekoppeling bevat, is getoond. Het medische navigatiesysteem 10 is ingericht om met een elektromagnetisch-veld-generator 20 en een elektromagnetische sensor 22 samen te werken teneinde de locatie van een inrichting 24 te bepalen. Hoewel het systeem 10 en/of ander navigatie- of volgsysteem kan 35 worden gebruikt in samenhang met een verscheidenheid aan volgtechnieken, waaronder elektromagnetische, optische, ultrageluid-, traagsheidspositie- en/of andere volgsystemen, is het -10- systeem 10 hieronder voor illustratiedoeleinden beschreven met betrekking tot elektromagnetische volgwerking.Reference is now made to Fig. 2, in which a medical navigation system (e.g., a surgical navigation system), generally designated by the reference numeral 10, which system comprises a portable computer 12, a display 14 and a navigation link , is shown. The medical navigation system 10 is adapted to cooperate with an electromagnetic field generator 20 and an electromagnetic sensor 22 to determine the location of a device 24. Although the system 10 and / or other navigation or tracking system can be used in conjunction with a variety of tracking techniques, including electromagnetic, optical, ultrasound, inertial position and / or other tracking systems, the -10 system 10 is below for illustration purposes described with regard to electromagnetic tracking.

Een tafel 30 is gepositioneerd nabij de elektromagnetische sensor 22 om een patiënt 40 tijdens een chirurgische procedure te ondersteunen. Een kabel 50 is voorzien voor de over-5 dracht van gegevens tussen de elektromagnetische sensor 22 en het medische navigatiesysteem 10. Het medische navigatiesysteem 10 is gemonteerd op een verrijdbare kar 60 met een tweede weergave 18 in de in fig. 2 getoonde uitvoeringsvorm.A table 30 is positioned near the electromagnetic sensor 22 to support a patient 40 during a surgical procedure. A cable 50 is provided for transferring data between the electromagnetic sensor 22 and the medical navigation system 10. The medical navigation system 10 is mounted on a mobile cart 60 with a second representation 18 in the embodiment shown in FIG.

De elektromagnetische sensor 22 kan bijvoorbeeld een gedrukte-schakelingsplaat zijn. Bepaalde uitvoeringsvormen kunnen een elektromagnetische sensor 22, die een gedrukte-10 schakelingsplaat ontvangerarray 26 met een aantal spoelen en spoelparen en elektronica voor het digitaliseren van in de gedrukte-schakelingsplaat ontvangerarray 26 gedetecteerde magne-tisch-veldmetingen omvat, bevatten. De magnetisch-veldmetingen kunnen worden gebruikt om de positie en oriëntatie van de elektromagnetisch-veldgenerator 20 volgens enige geschikte methode of enig geschikt systeem te berekenen. Nadat de magnetisch-veldmetingen zijn gedi-15 gitaliseerd onder gebruikmaking van elektronica in de elektromagnetische sensor 22, worden de gedigitaliseerde signalen via de kabel 50 naar de navigatiekoppeling 16 gezonden. Zoals hieronder in detail zal worden toegelicht, is het medische navigatiesysteem 10 ingericht om een locatie van de inrichting 24 op basis van de ontvangen gedigitaliseerde signalen te berekenen.The electromagnetic sensor 22 may, for example, be a printed circuit board. Certain embodiments may include an electromagnetic sensor 22 that includes a printed circuit board receiver array 26 with a plurality of coils and coil pairs and electronics for digitizing magnetic field measurements detected in the printed circuit board receiver array 26. The magnetic field measurements can be used to calculate the position and orientation of the electromagnetic field generator 20 according to any suitable method or system. After the magnetic field measurements have been digitized using electronics in the electromagnetic sensor 22, the digitized signals are sent via cable 50 to the navigation link 16. As will be explained in detail below, the medical navigation system 10 is arranged to calculate a location of the device 24 based on the digitized signals received.

Het hierin beschreven medische navigatiesysteem 10 is in staat vele verschillende ty-20 pen inrichtingen tijdens verschillende procedures te volgen. Afhankelijk van de procedure kan de inrichting 24 een chirurgisch instrument (bijv. een afbeeldingskatheter, een diagnostische katheter, een therapeutische katheter, een geleidedraad, een wondexcisie-inrichting, een afzui-ginrichting, een geleider, enz.), een chirurgisch implantaat (bijv., een kunstmatige schijf, een botschroef, een omleiding, een steelschroef, een plaat, een intramedullaire staaf, enz.) of enige 25 andere inrichting zijn. Afhankelijk van de context van het gebruik van het medische navigatiesysteem 10, kan enig aantal geschikte inrichtingen worden gebruikt.The medical navigation system 10 described herein is capable of following many different types of devices during different procedures. Depending on the procedure, the device 24 may be a surgical instrument (e.g., an imaging catheter, a diagnostic catheter, a therapeutic catheter, a guidewire, a wound excision device, a suction device, a conductor, etc.), a surgical implant (e.g., ., an artificial disk, a bone screw, a by-pass, a stem screw, a plate, an intramedullary rod, etc.) or any other device. Depending on the context of the use of the medical navigation system 10, any number of suitable devices may be used.

Met betrekking tot fig. 3, is een voorbeeld van een blokdiagram van het medische navigatiesysteem 100 verschaft. Het medische navigatiesysteem 100 is in concept getoond als een verzameling van modules, doch kan worden uitgevoerd onder gebruikmaking van enige 30 combinatie van toegewijde moederborden, digitale signaalprocessors, veld-programmeerbare poortarrays en processors. Als alternatief kunnen de modules worden uitgevoerd onder gebruikmaking van een uit voorraad leverbare computer met een enkele processor of meerdere processors, waarbij de functionele bewerkingen tussen de processors zijn verdeeld. Als een voorbeeld kan het wenselijk zijn om een toegewijde processor voor positie- en oriëntatiebere-35 keningen alsmede een toegewijde processor voor visualisatiebewerkingen te hebben. Als een verdere optie kunnen de modules worden uitgevoerd onder gebruikmaking van een hybride configuratie, waarin bepaalde modulaire functies worden uitgevoerd onder gebruikmaking van -11 - toegewijde hardware, terwijl de resterende modulaire functies worden uitgevoerd onder gebruikmaking van een uit voorraad leverbare computer. De bewerkingen van de modules kunnen door een systeemstuureenheid 210 worden bestuurd.With regard to Fig. 3, an example of a block diagram of the medical navigation system 100 is provided. The medical navigation system 100 is shown conceptually as a collection of modules, but can be implemented using any combination of dedicated motherboards, digital signal processors, field-programmable gate arrays, and processors. Alternatively, the modules can be implemented using a single processor or multiple processors deliverable from stock, the functional operations being distributed between the processors. As an example, it may be desirable to have a dedicated processor for position and orientation calculations as well as a dedicated processor for visualization operations. As a further option, the modules can be performed using a hybrid configuration, in which certain modular functions are performed using dedicated hardware, while the remaining modular functions are performed using a computer available from stock. The operations of the modules can be controlled by a system control unit 210.

De navigatiekoppeling 160 ontvangt gedigitaliseerde signalen van een elektromagneti-5 sche sensor 222. In de in fig. 2 getoonde uitvoeringsvorm bevat de navigatiekoppeling 16 een Ethemet-poort. Deze poort kan bijvoorbeeld zijn voorzien van een Ethernet-netwerkkoppelings-kaart of adapter. Volgens verschillende alternatieve uitvoeringsvormen kunnen de gedigitaliseerde signalen echter vanaf de elektromagnetische sensor 222 naar de navigatiekoppeling 160 worden verzonden onder gebruikmaking van alternatieve bedrade of draadloze communi-10 catieprotocols en -koppelingen.The navigation link 160 receives digitized signals from an electromagnetic sensor 222. In the embodiment shown in FIG. 2, the navigation link 16 includes an Ethemet port. This port can for example be provided with an Ethernet network coupling card or adapter. However, according to various alternative embodiments, the digitized signals may be sent from the electromagnetic sensor 222 to the navigation link 160 using alternative wired or wireless communication protocols and links.

De door de navigatiekoppeling 116 ontvangen gedigitaliseerde signalen representeren door een elektromagnetische sensor 222 gedetecteerde magnetisch-veldinformatie. In de in fig. 3 getoonde uitvoeringsvorm zendt de navigatiekoppeling 160 de gedigitaliseerde signalen via een lokale koppeling 215 naar het volgmoduul 250. Het volgmoduul berekent positie- en oriën-15 tatie-informatie op basis van de ontvangen gedigitaliseerde signalen. Deze positie- en oriënta-tie-informatie verschaft een locatie van een inrichting.The digitized signals received by the navigation link 116 represent magnetic field information detected by an electromagnetic sensor 222. In the embodiment shown in Fig. 3, the navigation link 160 sends the digitized signals via a local link 215 to the tracking module 250. The tracking module calculates position and orientation information based on the received digitized signals. This position and orientation information provides a location of a device.

Het volgmoduul 250 communiceert de positie- en oriëntatie-informatie via een lokale koppeling 215 naar het navigatiemoduul. Als voorbeeld is deze lokale koppeling 215 een Peripheral Component Interconnect (PCI) bus. Volgens verschillende alternatieve uitvoeringsvor-20 men kunnen echter equivalente bustechnieken worden gesubstitueerd zonder het kader van de uitvinding te verlaten.The tracking module 250 communicates the position and orientation information via a local link 215 to the navigation module. As an example, this local link 215 is a Peripheral Component Interconnect (PCI) bus. However, according to various alternative embodiments, equivalent bus techniques can be substituted without departing from the scope of the invention.

Na ontvangst van de positie- en oriëntatie-informatie wordt het navigatiemoduul 260 gebruikt om de locatie van de inrichting met de verworven patiëntgegevens uit te lijnen. In de in fig. 3 getoonde uitvoeringsvorm zijn de verworven patiëntgegevens op een schijf 245 opgesla-25 gen. De verworven patiëntgegevens kunnen computertomografiegegevens, magnetische-reso-nantiegegevens, positronemissietomografiegegevens, ultrageluidsgegevens, röntgengegevens of andere geschikte gegevens alsmede combinaties daarvan bevatten. Bij wijze van voorbeeld is de schijf 245 een harde-schijfstation, maar andere geschikte opslaginrichtingen en/of geheugens kunnen worden gebruikt.After receiving the position and orientation information, the navigation module 260 is used to align the location of the device with the acquired patient data. In the embodiment shown in Fig. 3, the acquired patient data is stored on a disk 245. The acquired patient data may include computer tomography data, magnetic resonance data, positron emission tomography data, ultrasound data, X-ray data or other suitable data as well as combinations thereof. For example, the disk 245 is a hard disk drive, but other suitable storage devices and / or memories may be used.

30 De verworven patiëntgegevens worden vanaf de schijf 245 in geheugen 220 geladen.The acquired patient data is loaded from the disk 245 into memory 220.

Het navigatiemoduul 260 leest de verworven patiëntgegevens uit geheugen 220. Het navigatiemoduul 260 lijnt de locatie van de inrichting met de verworven patiëntgegevens uit en genereert afbeeldingsgegevens, die geschikt zijn om de patiëntafbeeldingsgegevens en een representatie van de inrichting te visualiseren. In de in fig. 3 getoonde uitvoeringsvorm worden de 35 afbeeldingsgegevens via een lokale koppeling 215 naar een weergavestuureenheid 230 gezonden. De weergavestuureenheid 230 wordt gebruikt om de afbeeldingsgegevens aan twee weergaven 214 en 218 af te geven.The navigation module 260 reads the acquired patient data from memory 220. The navigation module 260 aligns the location of the device with the acquired patient data and generates image data suitable for visualizing the patient image data and a representation of the device. In the embodiment shown in Fig. 3, the image data is sent via a local link 215 to a display control unit 230. The display controller 230 is used to output the image data to two displays 214 and 218.

- 12 -- 12 -

Hoewel in de uitvoeringsvorm van fig. 3 twee weergaven 214 en 218 zijn getoond, kunnen alternatieve uitvoeringsvormen verschillende weergaveconfiguraties bevatten. Verschillende weergaveconfiguraties kunnen worden gebruikt om de ergonomie van de operatiekamer te verbeteren, verschillende aanzichten weer te geven of op verschillende locaties infor-5 matie aan personeel te tonen. Zoals is getoond in fig. 2, kan een eerste weergave 14 bijvoorbeeld zijn opgenomen in het medische navigatiesysteem 10 en is een tweede weergave 18, die groter is dan de eerste weergave 14, gemonteerd op een verrijdbare kar 60. Als alternatief kunnen één of meer van de weergaven 214 en 218 aan een chirurgische zwaaiarm zijn gemonteerd. De chirurgische zwaaiarm kan aan het plafond zijn gemonteerd, aan een chirurgi-10 sche tafel bevestigbaar zijn of op een verrijdbare kar zijn gemonteerd.Although two displays 214 and 218 are shown in the embodiment of FIG. 3, alternative embodiments may include different display configurations. Different display configurations can be used to improve the operating room ergonomics, to display different views or to display information to staff at different locations. For example, as shown in Fig. 2, a first view 14 may be included in the medical navigation system 10 and a second view 18, larger than the first view 14, may be mounted on a mobile cart 60. Alternatively, one or more of the displays 214 and 218 are mounted on a surgical swing arm. The surgical swing arm can be mounted on the ceiling, attachable to a surgical table or mounted on a mobile cart.

Er wordt nu verwezen naar fig. 4, waarin een alternatieve uitvoeringsvorm van een medisch navigatiesysteem 300 is getoond. Het medische navigatiesysteem 300 omvat een draagbare computer met een relatief kleine voetafdruk (bijv., ongeveer1000 cm2) en een geïntegreerde weergave 382. Volgens verschillende alternatieve uitvoeringsvormen kan een ge-15 schikte kleinere of grotere voetafdruk worden gebruikt.Reference is now made to Fig. 4, which shows an alternative embodiment of a medical navigation system 300. The medical navigation system 300 includes a portable computer with a relatively small footprint (e.g., about 1000 cm 2) and an integrated display 382. According to various alternative embodiments, a suitable smaller or larger footprint can be used.

De navigatiekoppeling 370 ontvangt gedigitaliseerde signalen van een elektromagnetische sensor 372. In de in fig. 4 getoonde uitvoeringsvorm zendt de navigatiekoppeling 370 de gedigitaliseerde signalen via een lokale koppeling 315 naar een volgerkoppeling 350. In aanvulling op de volgerkoppeling 350 bevat het volgmoduul 356 een processor 352 en een geheu-20 gen 354 om positie- en oriëntatie-informatie op basis van de ontvangen gedigitaliseerde signalen te berekenen.The navigation link 370 receives digitized signals from an electromagnetic sensor 372. In the embodiment shown in FIG. 4, the navigation link 370 sends the digitized signals via a local link 315 to a follower link 350. In addition to the follower link 350, the follower module 356 includes a processor 352 and a memory 354 for calculating position and orientation information based on the received digitized signals.

De volgerkoppeling 350 communiceert de berekende positie- en oriëntatie-informatie via een lokale koppeling 315 aan de visualisatiekoppeling 360. In aanvulling op de visualisatie-koppeling 360 bevat het navigatiemoduul 366 een processor 362 en een geheugen 364 om de 25 locatie van de inrichting uit te lijnen met de verworven, op een schijf 392 opgeslagen patiëntgegevens en genereert afbeeldingsgegevens, die geschikt zijn om de patiëntafbeeldingsgege-vens en een representatie van de inrichting te visualiseren.The follower link 350 communicates the calculated position and orientation information via a local link 315 to the visualization link 360. In addition to the visualization link 360, the navigation module 366 includes a processor 362 and a memory 364 for outputting the location of the device. lines with the acquired patient data stored on a disc 392 and generates image data suitable for visualizing the patient image data and a representation of the device.

De visualisatiekoppeling 360 zendt de afbeeldingsgegevens via een lokale koppeling 315 naar een weergavestuureenheid 380. De weergavestuureenheid 380 wordt gebruikt om de 30 afbeeldingsgegevens aan de weergave 382 af te geven.The visualization link 360 sends the image data via a local link 315 to a display control unit 380. The display control unit 380 is used to output the display data to the display 382.

Het medische navigatiesysteem 300 bevat ook een processor 342, een systeemstuur-eenheid 344 en een geheugen 346, die worden gebruikt voor aanvullende rekentoepassingen, zoals planning, bijwerken van patiëntgegevens of andere geschikte toepassingen. De werking van het medische navigatiesysteem 300 is verbeterd door gebruik te maken van een processor 35 342 voor algemene rekentoepassingen, een processor 352 voor positie- en oriëntatiebereke-ningen en een processor 362, die is toegewijd aan visualisatiebewerkingen. Niettegenstaande -13- de beschrijving van de uitvoeringsvorm van fig. 4, kunnen alternatieve systeemarchitecturen worden gesubstitueerd zonder het kader van de uitvinding te verlaten.The medical navigation system 300 also includes a processor 342, a system controller 344, and a memory 346, which are used for additional computing applications, such as scheduling, updating patient data, or other suitable applications. The operation of the medical navigation system 300 is improved by using a processor 35 342 for general computing applications, a processor 352 for position and orientation calculations, and a processor 362 dedicated to visualization operations. Notwithstanding the description of the embodiment of Figure 4, alternative system architectures can be substituted without departing from the scope of the invention.

Zoals verder hieronder zal worden beschreven, verschaffen bepaalde uitvoeringsvormen van de uitvinding intra-operatieve navigatie op 3D computertomogra-5 fie(CT)gegevensreeksen, zoals een axiaal aanzicht, in aanvulling op fluoroscopische 2D-af-beeldingen. In bepaalde uitvoeringsvormen wordt de CT-gegevensreeks intra-operatief uitgelijnd met de patiënt via correlatie tot standaard anteroposteriore en laterale fluoroscopische afbeeldingen. Aanvullende 2D-afbeeldingen kunnen worden verworven en genavigeerd wanneer de procedure voortschrijdt zonder de behoefte aan heruitlijning van de CT-gegevensreeks. 10 Bepaalde uitvoeringsvormen verschaffen gereedschappen, die plaatsing van meer- voudig-niveauprocedures mogelijk maken. Sjabloonvorming op een scherm kan worden gebruikt om lengte en omvang van een implantaat te selecteren. Het systeem kan de locatie van op meerdere niveaus geplaatste implantaten in geheugen opslaan. Een gebruiker kan opgeslagen overlappingen terugroepen voor referentie tijdens plaatsing van aanvullende implanta-15 ten. Bovendien zijn bepaalde uitvoeringsvormen behulpzaam bij het elimineren van proefondervindelijke aanpassing van componenten door middel van het uitvoeren van genavigeerde metingen. In bepaalde uitvoeringsvormen verschijnen annotaties op het scherm naast relevante anatomie en implantaten.As will be further described below, certain embodiments of the invention provide intra-operative navigation on 3D computer tomography (CT) data sets, such as an axial view, in addition to fluoroscopic 2D images. In certain embodiments, the CT data set is intra-operatively aligned with the patient via correlation to standard anteroposterior and lateral fluoroscopic images. Additional 2D images can be acquired and navigated as the procedure proceeds without the need for re-alignment of the CT data series. Certain embodiments provide tools that enable placement of multiple-level procedures. Template formation on a screen can be used to select the length and size of an implant. The system can store the location of multi-level implants in memory. A user can recall stored overlaps for reference during placement of additional implants. In addition, certain embodiments are helpful in eliminating trial and error adjustment of components by performing navigated measurements. In certain embodiments, annotations appear on the screen alongside relevant anatomy and implants.

Bepaalde uitvoeringsvormen gebruiken een correlatie op basis van een uitlijnalgoritme 20 om betrouwbare uitlijning te verschaffen. Standaard anteroposteriore (AP) en laterale (Lat) fluoroscopische afbeeldingen kunnen worden verworven. Een wervelniveau wordt geselecteerd en de afbeeldingen worden uitgelijnd. De wervelniveausefectie wordt bewerkstelligd door middel van het doen wijzen van een genavigeerd instrument naar bijvoorbeeld de werkelijke anatomie.Certain embodiments use a correlation based on an alignment algorithm 20 to provide reliable alignment. Standard anteroposterior (AP) and lateral (Lat) fluoroscopic images can be acquired. A vortex level is selected and the images are aligned. The vertebral level detection is achieved by pointing a navigated instrument to, for example, the actual anatomy.

Bepaalde uitvoeringsvormen van het systeem werken in samenhang met een familie 25 van ruggengraatinstrumenten en -gereedschapskisten, zoals een ruggengraatvisualisatie-in-strumentkist, chirurgische ruggengraat-instrumentkist, een nekinstrumentkist, navigatietoe-gangsnaald, enz. Deze instrumenten vergemakkelijken de plaatsing van bijvoorbeeld een stroom van standaard steel schroeven. Een verzameling van schroefgeometrieën wordt gebruikt om deze schroeven te representeren en een overlap van draadframe op volledig overscha-30 duwde modellen te bevorderen. De overlappingen kunnen worden opgeslagen en teruggeroepen voor elk wervelniveau.Certain embodiments of the system operate in conjunction with a family of backbone instruments and tool boxes, such as a backbone visualization instrument box, surgical backbone instrument box, a neck instrument box, navigation access needle, etc. These instruments facilitate the placement of, for example, a stream of standard steel screws. A set of screw geometries is used to represent these screws and to promote an overlap of wire frame on fully overshadowed models. The overlaps can be saved and recalled for each vortex level.

In bepaalde uitvoeringsvormen kunnen teruggeroepen overlappingen worden weergegeven met verschillende automatische metingen, waaronder afstand tussen meervoudig-niveau steelschroeven, kromming tussen meervoudig-niveau steelschroeven en annotaties van niveau 35 (bijv., Linker L4 wervel). Deze metingen vergemakkelijken een nauwkeurige selectie van im-plantaatlengte en -omvang. Deze metingen zijn ook behulpzaam bij het elimineren van proefondervindelijke aanpassingen van componenten.In certain embodiments, recalled overlaps can be displayed with various automatic measurements, including spacing between multiple-level stem screws, curvature between multiple-level stem screws and level 35 annotations (e.g., Left L4 vertebra). These measurements facilitate an accurate selection of implant length and size. These measurements are also helpful in eliminating experimental adjustments to components.

-14--14-

Bepaalde uitvoeringsvormen zijn een chirurg dus behulpzaam bij het lokaliseren van anatomische structuren ergens op het menselijk lichaam tijdens open of onderhuidse procedures. Bepaalde uitvoeringsvormen kunnen worden gebruikt op bijvoorbeeld lumbale- en/of sa-crale-wervelniveaus. Bepaalde uitvoeringsvormen verschaffen Digital Imaging en Communica-5 tions in Medicine (DICOM) flexibiliteit en ondersteuning voor portaalkanteling en/of variabele plaktussenruimte. Bepaalde uitvoeringsvormen verschaffen automatische venstervorming en centrering met opgeslagen profielen. Bepaalde uitvoeringsvormen verschaffen een correlatie-gebaseerd 2D/3D uitlijnalgoritme en maken bijvoorbeeld reële-tijd meervlaksuitsnijding mogelijk.Certain embodiments thus assist a surgeon in locating anatomical structures somewhere on the human body during open or subcutaneous procedures. Certain embodiments can be used, for example, at lumbar and / or sacral vertebral levels. Certain embodiments provide Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) flexibility and support for portal tilt and / or variable slice spacing. Certain embodiments provide automatic windowing and centering with stored profiles. Certain embodiments provide a correlation-based 2D / 3D alignment algorithm and allow, for example, real-time multi-plane excision.

10 Bepaalde uitvoeringsvormen staan een gebruiker toe om genavigeerde plaatsingen op te slaan en terug te roepen. Bepaalde uitvoeringsvormen staan een gebruiker toe om een afstand tussen meervoudig-niveau steelschroeven en/of andere implantaten/instrumenten te bepalen. Bepaalde uitvoeringsvormen staan een gebruiker toe om bijvoorbeeld lengte en kromming van een verbindingsstaaf te berekenen.Certain embodiments allow a user to store and recall navigated placements. Certain embodiments allow a user to determine a distance between multiple-level stem screws and / or other implants / instruments. Certain embodiments allow a user to calculate, for example, the length and curvature of a connecting bar.

15 Fig. 5 toont een voorbeeld van een 3D-implantaat, dat in samenhang met een fluoro- scopische afbeelding volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding is weergegeven. De afbeelding 500 bevat een gereedschap/implantaat 510 en een anatomie 550. Het gereed-schap/implantaat 510 bevat een gedeelte 520 buiten de anatomie 550 en een gedeelte 530 binnen de anatomie 550.FIG. 5 shows an example of a 3D implant shown in conjunction with a fluoroscopic image according to an embodiment of the invention. The figure 500 includes a tool / implant 510 and an anatomy 550. The tool / implant 510 includes a portion 520 outside the anatomy 550 and a portion 530 within the anatomy 550.

20 Onder gebruikmaking van door een gebruiker verschafte informatie over waar een grens aanwezig dient te zijn, zoals de huid van een patiënt, kan het systeem bepalen welke delen van het gereedschap/implantaat 510 zich binnen 530 en buiten 520 de "doel"anatomie 550 bevinden. Gedeelten 530 van het gereedschap/implantaat 510, die beneden het grensvlak liggen, kunnen worden aangepast om bijvoorbeeld transparant, half-transparant en/of anders- 25 zins opaak te zijn in variërende maten. Fig. 6 toont bijvoorbeeld een vereenvoudigde representatie van een gereedschap, dat verschillende arcering op basis van de afstand onder een grensoppervlak toont. Het verschaffen van een mate van transparantheid kan het gereedschap/implantaat 510 de illusie geven van binnen de fluoroscopische afbeelding te liggen, zoals bijvoorbeeld weergegeven in fig. 5.Using information provided by a user about where a boundary should be present, such as the skin of a patient, the system can determine which parts of the tool / implant 510 are located within 530 and outside 520 the "target" anatomy 550 . Portions 530 of the tool / implant 510, which are below the interface, can be adapted to be, for example, transparent, semi-transparent and / or otherwise opaque in varying sizes. FIG. 6 shows, for example, a simplified representation of a tool that shows different shading based on the distance below a boundary surface. Providing a degree of transparency can give the tool / implant 510 the illusion of being within the fluoroscopic image as shown, for example, in FIG.

30 In bepaalde uitvoeringsvormen klikt een gebruiker op of selecteert, benadrukt en/of identificeert anderzijds één of meer punten om het oppervlak of grens van de anatomie 550 of ander object in de afbeelding aan te geven. Een punt en/of een vlak wordt dus gebruikt om een grens, waarboven het gereedschap/implantaat 510 in een afbeelding als een massief object wordt weergegeven, en waaronder het gereedschap/implantaat 510 als een semi-transparant 35 object wordt weergegeven, te bepalen. Het gereedschap/implantaat 510 kan voorafgaande aan afbeeldingswerking worden gemodelleerd om het systeem in staat te stellen de positie van het gereedschap/implantaat 510 beneden en boven de grens te beoordelen en postionerings- en -15- transparanthejdsinfomnatie aan een gebruiker te verschaffen. De gebruiker kan de ene of meerdere grenspunten selecteren door middel van het indrukken van een knop en/of het uitoefenen van druk op een gereedschap of aanwijzer en/of door het positioneren van het ge-reedschap/implantaat 510 en het selecteren van een punt via programmatuur (bijv., gebaseerd 5 op toetsenbord en/of muisinvoer).In certain embodiments, a user clicks on, or selects, highlights, and / or identifies, on the other hand, one or more points to indicate the surface or boundary of the anatomy 550 or other object in the image. A point and / or a plane is thus used to determine a boundary above which the tool / implant 510 is represented as a solid object in an image, and below which the tool / implant 510 is represented as a semi-transparent object. The tool / implant 510 can be modeled prior to imaging operation to enable the system to assess the position of the tool / implant 510 below and above the boundary and to provide postionation and transparency information to a user. The user may select one or more boundary points by pressing a button and / or applying pressure to a tool or pointer and / or by positioning the tool / implant 510 and selecting a point via software (e.g., based on keyboard and / or mouse input).

In bepaalde uitvoeringsvormen kan opaciteit/transparantheid worden gewogen op basis van afstand tot de oppervlakgrens. Wanneer een implantaat 510, zoals een steelschroef, zich bijvoorbeeld verder en verder onder de huid van een patiënt uitstrekt, wordt het uiteinde van de schroef in toenemende mate transparant. De lengte van de schroef onder de huid wordt 10 in de afbeelding met variërende graden van transparantheid weergegeven om inzicht in diepte binnen de patiënt te verschaffen.In certain embodiments, opacity / transparency can be weighted based on distance to the surface boundary. For example, when an implant 510, such as a stem screw, extends further and further under the skin of a patient, the end of the screw becomes increasingly transparent. The length of the screw under the skin is shown in the image with varying degrees of transparency to provide insight into depth within the patient.

Fig. 7 toont een stroomschema voor een werkwijze 700 voor implantaat/gereed-schapsrepresentatie in een afbeelding, gebruikt volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. In stap 710 geeft een gebruiker één of meer meetpunten, die representatief zijn voor een 15 grens, zoals de huid van een patiënt, aan. De gebruiker kan één of meer punten aangeven door middel van bijvoorbeeld het indrukken van een knop en/of het uitoefenen van druk op een gereedschap of aanwijzer en/of door middel van het positioneren van een gereedschap/implan-taat en het selecteren van een punt via programmatuur (bijv., gebaseerd op toetsenbord- en/of muisinvoer), enz., om aanwezigheid van een grens aan te geven.FIG. 7 shows a flow chart for an implant / tool representation method 700 in an image used in accordance with an embodiment of the invention. In step 710, a user indicates one or more measurement points representative of a boundary, such as the skin of a patient. The user can indicate one or more points by, for example, pressing a button and / or applying pressure to a tool or pointer and / or by positioning a tool / implant and selecting a point. via software (e.g., based on keyboard and / or mouse input), etc., to indicate presence of a boundary.

20 In stap 720 wordt een positie van een gereedschap/implantaat gemeten met betrek king tot een doel, zoals een patiënt. De positie kan worden gemeten op basis van enige techniek van een verscheidenheid aan volg/navigatietechnieken, zoals hierboven toegelicht. In stap 720 wordt onder gebruikmaking van door de gebruiker met betrekking tot de locatie van de grens en positie-informatie voor het gereedschap/implantaat verschafte informatie een bepaling 25 uitgevoerd met betrekking tot welk gedeelte van het gereedschap/implantaat zich binnen de grens bevindt en welk gedeelte van het gereedschap/implantaat zich buiten de grens bevindt. Een gedeelte van het gereedschap/implantaat onder de grens kan bijvoorbeeld worden gerepresenteerd met een zekere mate van transparantheid op een weergegeven afbeelding van het patiëntgebied. Een gedeelte van het gereedschap/implantaat boven de grens kan bijvoorbeeld 30 worden gerepresenteerd als een opaak object of icoon. Het verschaffen van een mate van transparantheid kan een gebruiker behulpzaam zijn bij het verkrijgen van een beter begrip van gereedschap/implantaatpositie met betrekking tot de grens en het doelgebied.In step 720, a position of a tool / implant is measured with respect to a target, such as a patient. The position can be measured based on any technique from a variety of tracking / navigation techniques, as explained above. In step 720, using information provided by the user regarding the location of the boundary and position information for the tool / implant, a determination is made as to which portion of the tool / implant is within the boundary and which part of the tool / implant is outside the boundary. For example, a portion of the tool / implant below the boundary can be represented with a certain degree of transparency on a displayed image of the patient area. For example, a portion of the tool / implant above the limit can be represented as an opaque object or icon. Providing a degree of transparency can assist a user in gaining a better understanding of tool / implant position with respect to the boundary and the target area.

In stap 740 wordt een afbeelding weergegeven aan een gebruiker, welke afbeelding het gereedschap/implantaat met betrekking tot een doel, zoals de anatomie van een patiënt, 35 toont. Gedeelten van het gereedschap/implantaat zijn opaak en/of transparant in overeenstemming met de grenslocatie, zoals hierboven beschreven. De afbeelding kan worden bijgewerkt wanneer het gereedschap/implantaat door een gebruiker wordt gepositioneerd.In step 740, an image is displayed to a user, which image shows the tool / implant with respect to a target, such as the anatomy of a patient. Portions of the tool / implant are opaque and / or transparent according to the boundary location as described above. The image can be updated when the tool / implant is positioned by a user.

- 16-- 16-

In bepaalde uitvoeringsvormen kan een mate van opaciteit/transparantheid worden gewogen op basis van de afstand vanaf de oppervlakgrens. Wanneer bijvoorbeeld een gereed-schap/implantaat zich verder en verder onder de grens uitstrekt, wordt (worden) het distale gedeelte (gedeelten) van het gereedschap/implantaat in toenemende mate transparant. De lengte 5 van het gereedschap/implantaat onder de grens kan in de afbeelding worden weergegeven met variërende maten van transparantheid om inzicht in diepte binnen het doel te verschaffen. De mate van transparantheid en de positie met betrekking tot een weergegeven afbeelding kunnen op dynamische wijze worden aangepast wanneer het gereedschap/implantaat door een gebruiker wordt bewogen.In certain embodiments, a degree of opacity / transparency can be weighted based on the distance from the surface boundary. For example, when a tool / implant extends further and further below the boundary, the distal portion (s) of the tool / implant becomes increasingly transparent. The length of the tool / implant below the limit can be represented in the image with varying degrees of transparency to provide insight into depth within the target. The degree of transparency and position with respect to a displayed image can be dynamically adjusted when the tool / implant is moved by a user.

10 Bepaalde uitvoeringsvormen maken het voor een chirurg dus mogelijk om een meer realistische representatie van een 3D-gereedschap en/of implantaat en de locatie daarvan in een anatomie te zien. Bepaalde uitvoeringsvormen verschaffen systemen en werkwijzen voor het integreren van 3D gevolgde gereedschappen (of implantaten) in projectieafbeeldingen (bijv., fluoroscopische afbeeldingen). Bepaalde uitvoeringsvormen verschaffen een mogelijk-15 heid om "op visuele wijze" te representeren, dat een gereedschap/implantaat zich bijvoorbeeld in een bot bevindt, op een 2D-aanzicht (bijv., een fluoroscopisch of röntgenafbeeldingsaan-zicht), waardoor een benaderd 3D-effect op een 2D-afbeelding wordt gecreëerd. Bepaalde uitvoeringsvormen verschaffen een dynamische, aanpassende bijwerking wanneer een gebruiker een gereedschap/implantaat beweegt en/of een ander/aanvullend gereedschap en/of implan-20 taat op een patiënt gebruikt.Certain embodiments thus make it possible for a surgeon to see a more realistic representation of a 3D tool and / or implant and its location in an anatomy. Certain embodiments provide systems and methods for integrating 3D tracked tools (or implants) into projection images (e.g., fluoroscopic images). Certain embodiments provide a possibility to represent "visually" that a tool / implant is located, for example, in a bone, on a 2D view (e.g., a fluoroscopic or X-ray image view), whereby an approximate 3D effect on a 2D image is created. Certain embodiments provide a dynamic, adaptive side effect when a user moves a tool / implant and / or uses another / additional tool and / or implant on a patient.

Bepaalde uitvoeringsvormen verschaffen dus een werkstroomverbetering voor chirurgische navigatie en meting. Bovendien kunnen genavigeerde steelschroeven en/of andere implantaten op grafische wijze worden weergegeven en gerepresenteerd als een overlapping van een afbeelding voor waarneming door een arts. De overlapping is behulpzaam bij het handha-25 ven van visualisatie van bijvoorbeeld schroef- en/of andere implantaatlocaties.Certain embodiments thus provide a workflow improvement for surgical navigation and measurement. In addition, navigated stem screws and / or other implants can be graphically displayed and represented as an overlap of an image for viewing by a physician. The overlap helps to maintain visualization of, for example, screw and / or other implant locations.

Bepaalde uitvoeringsvormen werken in samenhang met een 2D/3D hybride navigatiesysteem, dat reële-tijdbijwerking en gebruiksgemak van een 2D-systeem tezamen met een eenvoudig uitgelijnde 3D CT-gegevensreeks bevat. Veiligheid en nauwkeurigheid van medische procedures kunnen worden verbeterd met een 2D/3D-navigatiesysteem. Het gebruik van 30 een CT-gegevensreeks tezamen met 2D intra-operatieve afbeeldingswerking draagt bij aan visualisatie en begrip van een anatomie in een operatiekamer. Een dergelijk systeem kan toepassing vinden in een verscheidenheid aan medische procedures, zoals ruggengraatprocedu-res, schedelprocedures en andere klinische procedures. Ruggengraatprocedures kunnen pos-tero-laterale open en minimaal invasieve chirurgische (MIS) steelschroeven, posteriore C1-C2 35 transarticulaire schroeffixatie, transorale odontoïdefixatie, cervicale laterale massaplaat schroeffixatie, anteriore thoracale schroeffixatie, scoliosis, kyfosis, kyfoplastie, vertebroplastie, -17- transforaminale lumbaal interlichaamsfunctie (TLIF), kunstschijven, burstfracturen, excisie van paraspinale neoplasmen, enz. bevatten.Certain embodiments work in conjunction with a 2D / 3D hybrid navigation system that includes real-time updating and ease of use of a 2D system along with a simple aligned 3D CT data set. Safety and accuracy of medical procedures can be improved with a 2D / 3D navigation system. The use of a CT data set together with 2D intra-operative imaging function contributes to visualization and understanding of an anatomy in an operating room. Such a system can find application in a variety of medical procedures, such as backbone procedures, skull procedures, and other clinical procedures. Backbone procedures can include poso-lateral open and minimally invasive surgical (MIS) stem screws, posterior C1-C2 35 transarticular screw fixation, transoral odonoid fixation, cervical lateral mass plate screw fixation, anterior thoracic screw fixation, scoliosis, kyphosis, kyphoplastic transfusion include interbody function (TLIF), artificial discs, burst fractures, excision of paraspinal neoplasms, etc.

Verschillende uitvoeringsvormen zijn hierboven beschreven onder verwijzing naar de tekeningen. Deze tekeningen tonen bepaalde details van specifieke uitvoeringsvormen, die de 5 systemen en werkwijzen en programma's van de uitvinding implementeren. Het beschrijven van de uitvinding met tekeningen dient echter niet te worden opgevat als aan de uitvinding opgelegde beperkingen, die met in de tekeningen weergegeven kenmerken zijn verbonden. De uitvinding beoogt werkwijzen, systemen en programmaproducten op machine-leesbare media voor het bewerkstelligen van de bewerkingen daarvan. Zoals hierboven vermeld, kunnen de 10 uitvoeringsvormen van de uitvinding worden geïmplementeerd onder gebruikmaking van een bestaande computerprocessor of door middel van een computerprocessor voor speciale doeleinden, die voor dit of een ander doel is opgenomen, of door middel van een bedraad systeem.Various embodiments have been described above with reference to the drawings. These drawings show certain details of specific embodiments that implement the systems and methods and programs of the invention. However, describing the invention with drawings should not be construed as limitations imposed on the invention which are associated with features shown in the drawings. The invention contemplates methods, systems and program products on machine-readable media for effecting the operations thereof. As mentioned above, the embodiments of the invention can be implemented using an existing computer processor or by means of a special purpose computer processor included for this or another purpose, or by means of a wired system.

Zoals hierboven vermeld bevatten uitvoeringsvormen binnen het kader van de uitvinding programmaproducten, die machine-leesbare media voor het dragen of bevatten van op 15 een machine uitvoerbare instructies of daarop opgeslagen gegevensstructuren omvatten. Dergelijke machine-leesbare media kunnen elk beschikbaar medium zijn, waartoe door een computer voor algemene of speciale doeleinden of door een andere machine met een processor toegang kan worden verkregen. Bij wijze van voorbeeld kunnen dergelijke machine-leesbare media RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash, CD-ROM of andere optische-schijfop-20 slag, magnetische-schijfopslag of andere magnetische-opslaginrichtingen of enig ander medium, dat kan worden gebruikt om gewenste programmacode in de vorm van op een machine uitvoerbare instructies of gegevensstructuren te dragen of op te slaan en waartoe toegang kan worden verkregen door middel van een computer voor algemene of speciale doeleinden of andere machine met een processor. Wanneer informatie wordt overgedragen of verschaft via een 25 netwerk of andere communicatieverbinding (bedraad, draadloos of een combinatie van bedraad en draadloos) aan een machine, ziet de machine de verbinding op correcte wijze als een ma-chine-leesbaar medium. Een dergelijke verbinding wordt dus op correcte wijze een machineleesbaar medium genoemd. Combinaties van het bovenstaande zijn eveneens opgenomen binnen het kader van machine-leesbare media. Op machine uitvoerbare instructies omvatten 30 bijvoorbeeld instructies en gegevens, die een computer voor algemene doeleinden, een computer voor speciale doeleinden of procesmachines voor speciale doeleinden een bepaalde functie of groep van functies doen uitvoeren.As stated above, embodiments within the scope of the invention include program products that include machine-readable media for carrying or containing machine-executable instructions or data structures stored thereon. Such machine-readable media can be any available medium that can be accessed by a computer for general or special purposes or by another machine with a processor. For example, such machine-readable media may be RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash, CD-ROM or other optical disk storage, magnetic disk storage or other magnetic storage devices or any other medium that may be used to carry or store desired program code in the form of machine-executable instructions or data structures and which can be accessed through a general or special-purpose computer or other machine with a processor. When information is transmitted or provided via a network or other communication connection (wired, wireless or a combination of wired and wireless) to a machine, the machine correctly sees the connection as a machine-readable medium. Such a connection is thus correctly referred to as a machine-readable medium. Combinations of the above are also included within the scope of machine-readable media. Machine executable instructions include, for example, instructions and data that cause a general purpose computer, a special purpose computer, or special purpose process machines to perform a particular function or set of functions.

Uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn beschreven in de algemene context van werkwijzestappen, die in één uitvoeringsvorm kunnen worden geïmplementeerd door middel 35 van een programmaproduct, dat machine-uitvoerbare instructies, zoals programmacode, bijvoorbeeld in de vorm van door machines in netwerkomgevingen uitgevoerde programmamo-dules, bevat. In het algemeen bevatten programmamodules routines, programma's, objecten, -18- componenten, gegevensstructuren, enz., die bepaalde taken uitvoeren of bepaalde abstracte gegevenstypen implementeren. Machine-uitvoerbare instructies, bijbehorende gegevensstructuren en programmamodules representeren voorbeelden van programmacode voor het uitvoeren van de hierin geopenbaarde stappen van de werkwijzen. De bijzondere sequentie van der-5 gelijke uitvoerbare instructies of bijbehorende gegevensstructuren representeren voorbeelden van corresponderende handelingen voor het implementeren van de in dergelijke stappen beschreven functies.Embodiments of the invention are described in the general context of method steps, which in one embodiment can be implemented by means of a program product, which includes machine-executable instructions, such as program code, for example in the form of program modules executed by machines in network environments. contains. In general, program modules include routines, programs, objects, components, data structures, etc., that perform certain tasks or implement certain abstract data types. Machine-executable instructions, associated data structures and program modules represent examples of program code for performing the steps of the methods disclosed herein. The particular sequence of such executable instructions or associated data structures represent examples of corresponding operations for implementing the functions described in such steps.

Figuur 8 toont een voorbeeld van een afbeeldings- en volgsysteem, dat wordt gebruikt volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Bepaalde uitvoeringsvormen kunnen worden 10 gebruikt in samenhang met een afbeeldings- en volgsysteem, zoals het in figuur 8 getoonde voorbeeld van een afbeeldings- en volgsysteem. Het weergegeven systeem bevat een afbeel-dingsinrichting 810, een tafel 820, een patiënt 830, een volgsensor 840, een medische inrichting of implantaat 850, volgerelektronica 860, een beeldprocessor 870, en een weergave-inrich-ting 880. De afbeeldingsinrichting 810 is weergegeven als een C-arm, die bruikbaar is voor het 15 verkrijgen van röntgenbeelden van een anatomie van de patiënt 830, maar kan elke afbeeldingsinrichting 810 zijn, die bruikbaar is in een volgsysteem. De afbeeldingsinrichting 810 staat in verbinding met de beeldprocessor 870. De beeldprocessor 870 staat in verbinding met de volgerelektronica 860 en de weergave-inrichting 880.Figure 8 shows an example of an imaging and tracking system used according to an embodiment of the invention. Certain embodiments can be used in conjunction with an imaging and tracking system, such as the example of an imaging and tracking system shown in Figure 8. The system shown includes a display device 810, a table 820, a patient 830, a tracking sensor 840, a medical device or implant 850, follower electronics 860, an image processor 870, and a display device 880. The display device 810 is shown as a C-arm useful for obtaining X-ray images of an anatomy of the patient 830, but may be any imaging device 810 useful in a tracking system. The display device 810 is in communication with the image processor 870. The image processor 870 is in connection with the follower electronics 860 and the display device 880.

Uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen in een netwerkomgeving in praktijk wor-20 den gebracht onder gebruikmaking van logische verbindingen met één of meer computers of afstand, welke computers processors hebben. Logische verbindingen kunnen een lokaal-ge-biednetwerk (LAN) en een groot-gebiednetwerk (WAN) bevatten, die hier bij wijze van voorbeeld en niet als beperking zijn gepresenteerd. Dergelijke netwerkomgevingen zijn gebruikelijk in kantoor-brede of firma-brede computernetwerken, intranetten en het Internet en kunnen een 25 grote verscheidenheid aan verschillende communicatieprotocols gebruiken. De vakman zal onderkennen, dat dergelijke netwerkcomputeromgevingen typisch vele typen computersys-teemconfiguraties zullen omvatten, waaronder computers voor persoonlijke doeleinden, in de hand te houden inrichtingen, multi-processorsystemen, microprocessor-gebaseerde of programmeerbare consumentelektronica, netwerk-PC's, minicomputers, mainframecomputers.Embodiments of the invention can be put into practice in a network environment using logical connections to one or more computers or remote, which computers have processors. Logical connections can include a local area network (LAN) and a large area network (WAN), which are presented here by way of example and not as a limitation. Such network environments are common in office-wide or firm-wide computer networks, intranets and the Internet and can use a wide variety of different communication protocols. Those skilled in the art will recognize that such network computer environments will typically include many types of computer system configurations, including personal computer computers, handheld devices, multi-processor systems, microprocessor-based or programmable consumer electronics, network PCs, mini-computers, mainframe computers.

30 Uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen ook worden uitgevoerd in verdeelde computerom-gevingen, waarin taken worden uitgevoerd door lokale bewerkingsinrichtingen en bewerkingsin-richtingen op afstand, die via een communicatienetwerk met elkaar zijn verbonden (door middel van bedrade verbindingen, draadloze verbindingen of door een combinatie van bedrade en draadloze verbindingen). In een verdeelde computeromgeving kunnen programmamodules in 35 zowel lokale geheugenopslaginrichtingen als geheugenopslaginrichtingen op afstand zijn geplaatst.Embodiments of the invention can also be implemented in distributed computing environments, in which tasks are performed by local processing devices and remote processing devices, which are connected to each other via a communication network (by means of wired connections, wireless connections or by a combination wired and wireless connections). In a distributed computing environment, program modules may be located in both local memory storage devices and remote memory storage devices.

-19--19-

Een voorbeeld van een systeem voor het uitvoeren van het totale systeem of delen van de uitvinding kunnen een computerinrichting voor algemene doeleinden in de vorm van een computer, waaronder een verwerkingseenheid, een systeemgeheugen en een systeembus, die verschillende systeemcomponenten, waaronder het systeemgeheugen, aan de verwerkings-5 eenheid koppelt. Het systeemgeheugen kan alleen-lezen geheugen (ROM) en willekeurig toegankelijk geheugen (RAM) bevatten. De computer kan ook een magnetische harde-schijf-station voor het lezen vanaf of schrijven op een magnetische harde schijf, een magnetisch schijfstation voor het lezen vanaf of schrijven op een verwijderbare magnetische schijf, en een optische-schijfstation voor het lezen vanaf of schrijven op een verwijderbare optische schijf, 10 zoals een CD ROM of andere optische media, bevatten. De stations en hun bijbehorende ma-chine-leesbare media verschaffen niet-vluchtige opslag van op een machine uitvoerbare instructies, gegevensstructuren, programmamodules of andere gegevens voor de computer.An example of a system for executing the entire system or parts of the invention may be a general purpose computer device in the form of a computer, including a processing unit, a system memory and a system bus, which supply various system components, including the system memory. processing unit. The system memory can contain read-only memory (ROM) and random access memory (RAM). The computer may also include a magnetic hard disk drive for reading from or writing on a magnetic hard disk, a magnetic disk drive for reading from or writing on a removable magnetic disk, and an optical disk drive for reading from or writing on a removable optical disk, such as a CD ROM or other optical media. The stations and their associated machine-readable media provide non-volatile storage of machine-executable instructions, data structures, program modules, or other data for the computer.

De voorgaande beschrijving van uitvoeringsvormen van de uitvinding is gepresenteerd voor illustratie- en beschrijvingsdoeleinden. Het is niet de bedoeling dat de beschrijving uitput-15 tend is of dat de uitvinding tot de geopenbaarde nauwkeurige vorm wordt beperkt, en modificaties en variaties zijn mogelijk in het licht van de bovenstaande beschrijving of kunnen worden verworven bij het uitvoeren van de uitvinding. De uitvoeringsvormen werden gekozen en beschreven om de principes van de uitvinding en de praktische toepassing daarvan toe te lichten om een vakman in staat te stellen de uitvinding in verschillende uitvoeringsvormen en met ver-20 schillende modificaties, zoals deze geschikt zijn voor het beoogde bijzondere gebruik, te gebruiken.The foregoing description of embodiments of the invention has been presented for illustration and description purposes. The description is not intended to be exhaustive or the invention to be limited to the disclosed precise form, and modifications and variations are possible in light of the above description or may be made in practice of the invention. The embodiments were selected and described to illustrate the principles of the invention and the practical application thereof to enable a person skilled in the art to make the invention in various embodiments and with various modifications as they are suitable for the intended particular use, to use.

De vakman zal onderkennen, dat de hierin geopenbaarde uitvoeringsvormen kunnen worden toegepast op de vorming van enig medisch navigatiesysteem. Bepaalde kenmerken van de uitvoeringsvormen van het geclaimde onderwerp van de uitvinding zijn getoond zoals 25 hierin beschreven, echter zullen nu vele modificaties, substituties, veranderingen en equivalenten voor de vakman duidelijk zijn. Hoewel verschillende functionele blokken en relaties daartussen in detail zijn beschreven, wordt er bovendien beoogd, dat verschillende van de bewerkingen door de vakman kunnen worden uitgevoerd zonder het gebruik van andere, of aanvullende functies of relaties tussen functies kunnen worden vastgesteld, die nog in overeen-30 stemming met het geclaimde onderwerp van de uitvinding zijn. Het zal daarom duidelijk zijn, dat de bijgevoegde conclusies zijn bedoeld om dergelijke modificaties en veranderingen als vallende binnen de werkelijke gedachte van de uitvinding van het geclaimde onderwerp van de uitvinding bestrijken.Those skilled in the art will recognize that the embodiments disclosed herein may be applied to the formation of any medical navigation system. Certain features of the embodiments of the claimed subject matter of the invention are shown as described herein, however, many modifications, substitutions, changes and equivalents will now be apparent to those skilled in the art. Moreover, although various functional blocks and relationships between them are described in detail, it is contemplated that various of the operations may be performed by those skilled in the art without the use of other, or additional functions, or relationships between functions that may still be determined in accordance Be in accordance with the claimed subject matter of the invention. It is therefore to be understood that the appended claims are intended to cover such modifications and changes as falling within the true spirit of the invention of the claimed subject matter of the invention.

-20--20-

ONDERDELENLIJSTPART LIST

10 Medisch navigatiesysteem 12 Draagbare computer 14 Weergave 16 Navigatiekoppeling 18 Tweede weergave 20 Elektromagnetisch-veldgenerator 22 Elektromagnetische sensor 24 Inrichting 26 Gedrukte-schakelingsplaat ontvangerarray 30 Tafel 40 Patiënt 50 Kabel 60 Verrijdbare kar 100 Medisch navigatiesysteem 160 Navigatiekoppeling 200 Processor 210 Systeemstuureenheid 214,218 Weergave 215 Lokale koppeling 220 Geheugen 222 Elektromagnetische sensor 230 Weergavestuureenheid 240 Schijfstuureenheid 245 Schijf 250 Volgermoduul 260 Navigatiemoduul 300 Lokale koppeling 342 Processor 344 Systeemstuureenheid 346 Geheugen 350 Volgerkoppeling 352 Processor 354 Geheugen 356 Volgermoduul 360 Visualisatiekoppeling -21 - 362 Processor 364 Geheugen 366 Navigatiemoduul 370 Navigatiekoppeling 372 Elektromagnetische sensor 380 Weergavestuureenheid 382 Weergave 390 Schijfstuureenheid 392 Schijf 500 Afbeelding 510 Gereedschap/lmplantaat 520 Uitwendig gedeelte 530 Inwendig gedeelte 550 Anatomie10 Medical navigation system 12 Portable computer 14 Display 16 Navigation link 18 Second view 20 Electromagnetic field generator 22 Electromagnetic sensor 24 Device 26 Printed circuit board receiver array 30 Table 40 Patient 50 Cable 60 Mobile cart 100 Medical navigation system 160 Navigation link 200 Processor 210 System control unit 214,218 Display 215 Local link 220 Memory 222 Electromagnetic sensor 230 Display control unit 240 Disk control unit 245 Disk 250 Follower module 260 Navigation module 300 Local coupler 342 Processor 344 System control unit 346 Memory 350 Follower coupler 352 Processor 354 Memory 356 Follower module 360 Visualization coupler -21 - 362 Processor 364 Memory 366 Navigation module 37 Navigation module 370 Navigation module 370 Navigation module 370 Display module 382 Display 390 Disk control unit 392 Disk 500 Figure 510 Tools / Implant 520 External part 530 Internal part 550 Anatomy

Fig. 6 IllustratieFIG. 6 Illustration

Fig. 7/700 Stroomschema 710 Geef grenspunt(en) aan 720 Meet gereedschap/implantaatpositie 730 Bepaal gereedschapspositie en arcering met betrekking tot grens 740 Geef afbeelding weer 810 afbeeldingsinrichting 820 Tafel 830 Patiënt 840 Volgsensor 850 Medische inrichting of implantaat 860 Volgerelektronica 870 Beeldprocessor 880 Weergave-inrichting 1034672FIG. 7/700 Flow chart 710 Indicate boundary point (s) 720 Measuring tool / implant position 730 Determine tool position and hatching with respect to boundary 740 Display image 810 imaging device 820 Table 830 Patient 840 Follow sensor 850 Medical device or implant 860 Follower electronics 870 Image processor 880 Display device 1034672

Claims

A method (700) for displaying a tool or implant (510) with respect to an image (500), the method (700) comprising: determining a surface boundary for an image (500) (710) ) displayed area of interest (550); determining a position of a tool or implant (510) with respect to the surface boundary (720, 730); and displaying a representation of the tool or implant (510) on the image (500), wherein a portion (530) of the tool or implant (510) is displayed within the surface boundary in the representation with a degree of transparency in comparison with a portion (520) of the tool or implant (510) outside the surface boundary (740).

The method (700) of claim 1, wherein the portion (530) of the tool or implant (510) within the surface boundary is represented in the representation with a number of degrees of transparency based on a distance within the surface boundary.

The method (700) of claim 1 or 2, wherein the representation displays a three-dimensional view of the tool or implant (510) on a two-dimensional image.

The method (700) according to any of the preceding claims, wherein the surface boundary is determined using a tracking device (22, 222, 372).

The method (700) of any one of the preceding claims, wherein the step of determining a surface boundary for an area of interest (550) shown in an image (500) further determining a surface boundary for an image 25 ( 500) represented area of interest (550) based on identification of a location of one or more points on a surface of the area of interest (550).

A user interface system for displaying a representation of a tool or implant (510) with respect to an image (500), the system comprising: a processor (12, 342, 352, 362) arranged around a surface boundary to determine an area of interest (550) shown in the image (500) and to determine a position of the tool or implant (510) with respect to the surface boundary in which the processor (12, 342, 352, 362) generates a representation of the tool or implant (510) based on the position with respect to the surface boundary, and wherein a portion (530) of the tool or implant (510) within the surface boundary is represented in the representation by a degree of transparency compared to a portion (520) of the tool or implant (510) outside the surface boundary; and 1034672 -23- a display (14, 214, 218, 382) that is arranged to dynamically display the display (500) and the representation for a user.

The system of claim 6, wherein the portion (530) of the tool or implant (510) within the surface boundary is represented in the representation with a number of degrees of transparency based on a distance within the surface boundary.

The system of claim 6 or 7, wherein the representation displays a three-dimensional view of the tool or implant (510) on a two-dimensional image.

9. System according to claim 6, 7 or 8, wherein the surface boundary is determined using a tracking device (22, 222, 372).

The system of any of claims 6-9, wherein the surface boundary is determined based on identification of a location of one or more points on a surface of the region of interest (550). 1034672